Satellitt over Grønland. Av . Begrenset gjenbruk

jordobservasjon

Perspektivbilde av Andesfjella basert på eit fargebilete frå eit multispektralt opptak drapert på ein digital høydemodell. Frå den franske jordobservasjonssatellitten Spot 5.

Jordobservasjon
Av /CNES/SpotImage ※.

Satellittar i formasjon. Tidspunkta som er oppgitt for satellittane er lokal soltid for ekvatorpassering (A for engelsk Afternoon). Satellittane er utstyrt med forskjellige spesialinstrument for måling av mellom anna ulike atmosfæriske fenomen og korleis desse varierar med høgda.

Jordobservasjon
Av /AlexMcClung ※.

Artikkelstart

Jordobservasjon er innsamling av informasjon om jorda; overflata, biosfæra, atmosfæra, gravitasjonsfelt og magnetfelt ved hjelp av ulike romfartøy i bane rundt jorda (jordobservasjonssatellittar). Tolking, analyse og bruk av innhenta informasjon høyrer også med inn under fagfeltet jordobservasjon. Jordobservasjonsdata kan ein bruke til kartlegging av jorda, og å få kunnskap om ulike resursar som landbruksareal og skog, kunnskap om havet, kunnskap om klima, miljø og vêrsystem, informasjon om atmosfæra med meir.

Faktaboks

Også kjent som
eng. Earth Observation EO

Jordobservasjon er fjernmåling (engelsk: remote sensing), og omgrepet kom inn i språket i 1990-åra.

Kvifor bruke satellitt?

Satellittfjernmåling brukar ulike instrument til å skaffe både eit overblikk og i andre tilfelle svært detaljert informasjon om utvalde område på jorda. Sidan satellittane observerer jorda på avstand, kan dei gje eit raskare og betre overblikk over land, hav og atmosfære enn kva ein klarer ved bruk av sensorar utplassert i området ein ynskjer å overvake. Satellittane kan også gje svært detaljerte og høgoppløyste datasett over utvalde område. Mange slike satellittar kan i prinsippet dekkje dei fleste område på jorda i løpet av ein dag. Dei kan programmerast til å gjere opptak over alle utvalde område, der ein har behov for det. Alle område av jorda – både sentrale og utilgjengelege strøk – kan overvakast på like vilkår.

Satellittar i bane rundt jorda kan samle inn data om atmosfæra, slik som samansetning, ozonlag, forureining, skyer, vassdamp med meir.

Data frå satellitt kan både dekke store område og også gje systematiske og regelmessige opptak over relativt lange tidsrom, slik at ein får seriar med gode historiske data. Opptaksmetoden vil vere lik overalt, og endringar i datasett er enkle å oppdage. Ved hjelp av ein god datahandteringsinfrastruktur kan data gjerast tilgjengeleg for brukarane relativt kort tid etter opptak.

Det er nyttig å sette saman satellittdata med data frå andre kjelder. Observasjonar gjort av sensorar nær jordoverflata blir også nytta for kalibrering av satellittobservasjonane. På grunn av fleksibiliteten og dei store datamengdene som kan gjerast tilgjengeleg, er observasjon frå satellittar ofte kostnadseffektivt samanlikna med andre observasjonsmetoder.

Bruk av jordobservasjonsdata

I dag blir det generert så enorme mengder data frå ulike jordobservasjonssystem at ein rett og slett har vanskar med å handtere alt; berre Copernicusprogrammet genererer dagleg fleire terabyte.

For å nyttiggjere seg slike data må ein gjere det meste av prosesseringa automatisk og maskinelt med ulike dataprogram. Likevel er det viktig at ein har menneske med i prosesseringskjeda; både for å sette opp automatiserte prosessar og ikkje minst for å tolke og forstå kva som skjer i ein slik prosess, så ein er i stand til å avgjere om resultata som kjem ut av prosesseringa er rette og nyttige.

Kva kan vi måle?

Frå jordobservasjonsdata kan ein avleie såkalla vegetasjonsindeks over landområde. Dette er basert på aritmetiske operasjoner på data frå instrumentet AVHRR, Advanced Very High Resolution Radiometer. Vidare viser biletet også konsentrasjon av planteplankton i Middelhavet som er basert på aritmetiske operasjoner på data frå instrumentet CZCS, Coastal Zone Color Scanner.

Jordobservasjon
Av /ESA ※.

Jordobservasjonsdata har svært mange daglegdagse bruksområde. Satellittdata gjev oss ny og verdifull informasjon om lokale, regionale og globale tilhøve. Delar av miljøet på jorda er svært sårbart og det skjer stadige forandringar. Nokre forandringar er naturlege, andre er menneskeskapte.

Data frå jordobservasjonssatellittar er viktige informasjonskjelder for å overvake naturkatastrofar som skogbrannar, vulkanutbrot, flaum, ras, jordskjelv og tsunamiar, i tillegg til andre konsekvensar av menneskeleg aktivitet. Til dømes kan vi finne ut korleis avskoging og forureining verkar inn på natur, miljø og klima. Data frå ulike jordobservasjonsinstrument kan brukast til å observere vêrsystem og dermed lage betre vêrmeldingar, det kan brukast til å kartlegge resursar – slik som avskoging av regnskog, tilstand på landbruksareal, resursar i havet, klimatiske parameter slik som hav- og isnivå, landheving/landsenking og andre rørsler i jordskorpa som overvaking av rasutsette område.

Bruk av data frå slike satellittar er aukande, og hjelp oss til å forstå globale prosessar i naturen på ein betre måte. Ein kan bruke data i forvaltning for å få betre oversikt over naturresursar og for å overvake endringar i landskap, vegetasjon og havområde. Også atmosfæra, gravitasjonsfeltet, magnetfeltet og magnetosfæra kan overvakast. Vi kan måle ozonlaget, skaffe data som viser trender for global oppvarming, reduksjon av isbrear og polaris med meir. Dette viser også at vi blir meir avhengig av eit internasjonalt samarbeid for felles regionale og globale løysingar. EU og ESA sitt Copernicusprogram er eit ledd i dette, som ei svært viktig datakjelde.

Dei første jordobservasjonssatellittane var stort sett utrusta med anten optiske sensorar som multispektrale kamera eller avbildande radarinstrument ( Synthetic Aperture Radar , SAR). Fotografisk film har vore lite nytta, utover til dømes amerikanske militære spionsatellittar på 1960- og 1970-talet.

Korleis kan vi måle – ulike typar instrument

Dei fleste instrumenta og sensorane byggjer på observasjon av utsendt stråling frå objekta ein ser på innanfor ulike delar av det elektromagnetiske spekteret. Objekta som vi observerer er oftast langt unna sensoren, så dette er difor fjernmåling.

Ein kan klassifisere instrumenta brukt til jordobservasjon på fleire måtar. Typiske inndelingar er aktive og passive instrument og avbildande og ikkje-avbildande instrument. Eit optisk kamera er eit passivt, avbildande instrument, radar er (oftast) eit aktivt instrument som kan – avhengig av design, vere enten avbildande (SAR) eller ikkje-avbildande. Eit avbildande instrument leverer data der ein kan sjå strukturar og former på det som blir observert. Eit ikkje-avbildande instrument måler ein eigenskap over eit område (det kan vere temperatur, høgde, stråling i mikrobølgeband med meir). Slike data kan gjerne presenterast til dømes som eit kartplott, men ein kan ikkje direkte vise den fysiske strukturen til det ein har observert.

Avbildande instrument

Eit bearbeida, panskjerpa multispektralt skråopptak frå satellitten Quickbird over San Francisco. Bildet er bearbeidet og viser verken full romleg eller full radiometrisk oppløysning i samalikna med originaldata. Perspektivet skuldast skråopptak og ikkje bruk av digital høydemodel.

Jordobservasjon
Av /DigitalGlobe ※.

For avbildande instrument kan både rådata og omarbeidde data bli lagra og levert til ein brukar på eit utval av grafiske filformat. Filene kan så handsamast med eigna programvare, anten visuelt eller maskinelt av eit dataprogram. Ein kan mellom anna lage digitale terrengmodellar, 3D-kart, ortofoto og perspektivbilete av landskapet.

Les meir om optiske satellitter, radarsatellitter, termisk fjernmåling og SAR.

Ikkje-avbildande instrument

Oversiktskart som viser skadeleg UV-stråling (erythemal UV-radiation). Data er frå instrumentet TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) i Meteor 3. Opptaket vart gjort 3. januar 1979.

Jordobservasjon
Av /NASA ※.

Slike instrument er gjerne ulike radarinstrument eller passive sensorar som måler elektromagnetiske felt eller gravitasjonsfelt. Høgdemålingar med altimeter (aktivt instrument) og måling av mikrobølgestråling frå jordoverflata (passivt instrument) er døme på ikkje-avbildande målemetodar.

Det finst også andre målemetodar for observasjon av energifelt. Døme på dette er bruk av gravimeter for måling av gravitasjonsfelt og magnetometer for måling av magnetfelt.

Passiv Aktiv
Avbildande sensor

Optisk sensor (kamera)

Termisk sensor
SAR
Ikkje-avbildande sensor

Radardetektor

Mikrobølgesensor

Gravimeter

Magnetometer

Magnetisk/elektrisk feltmålar

Radar

Radaraltimeter

Scatterometer

Radiometer

Optiske satellittar

Den første satellitten i det amerikanske Landsat-programmet (1972) vart utstyrt med mellom anna ein multispektral sensor med fire band. Ein multispektral sensor er eit instrument som registrerer fleire spektrale band enn vanlege kamera som gjerne registrerer dei tre fargane raud, grøn og blå. Den blå delen av synleg lys vart ikkje registrert i dette instrumentet. Dette vart gjort fordi ein var usikker på kvaliteten av signalet på grunn av rayleighspredning i atmosfæra. Instrumentet fungerte etter whisk-broom-prinsippet, som vil seie at instrumentet scannar (sveipar) på tvers av fartsretninga til satellitten. Opptaka vart gjort rett under satellitten; kalla nadir. Den romlege oppløysinga til bildet var på 80 x 80 meter.

Dei fleste jordobservasjonssatellittane kan gjere skråopptak. Det betyr at satellittane kan gjere hyppigare opptak over eitt og same område på jorda, ved å gjere opptak frå ulike vinklar gjennom fleire passeringar. Dette gjev i tillegg mogelegheit til å lage stereomodellar. Slike opptak vil vidare danne grunnlag for å lage digitale høgdemodellar og andre 3D-produkt. Desse satellittane kan lage samanhengande opptak (det blir som lange, smale bilete). Dette blir kalla avbilding etter push-broom-prinsippet; sensoren registrerer ei linje av gangen. Sensoren står på tvers av fartstreninga til satellitten og bileta blir sett saman og kan difor sjå ut som lange, smale striper langsmed fartsretninga. Multispektrale data frå satellittar kan mellom anna brukast i ulike GIS-system (sjå geografisk informasjonssystem).

Utvikling

Refleksjonskurver for vatn, frisk vegetasjon og bar jord som funksjon av bølgjelengde. Den nedre delen av figuren viser plasseringa av opptaksbanda i det elektromagnetiske spekteret for Landsat TM. Den synlige delen (0,45 μm < λ < 0,76 μm) av det elektromagnetiske spekteret vert dominert av mønsteret for energiabsorbsjon i klorofyllets. I det nær-infraraude (0,77 μm < λ < 1,0 μm) området vert det absorbert lite energi. Den midterste (kortbølgja) infraraude delen av solstrålinga har sterk absorbsjon i vatn, ved to bølgjelengde-områder.

Jordobservasjon
Av /※.

Fram til 1994 var det ikkje lovleg for (amerikanske) sivile satellittar å levere data med romleg oppløysing ned mot ein meter. Den første sivile satellitten med slik romleg oppløysing var Ikonos 2. I 2002 skaut selskapet Digital Globe opp satellitten QuickBird, med ei romleg oppløysing på 60 x 60 centimeter (i nadir).

Vidare er utvikling av hyperspektrale sensorar sentralt. Slike sensorar kan dele opp det reflekterte sollyset som treff sensoren i svært mange, smale spektralband. Dette kan vere i områda for synleg lys, nær infraraudt lys eller kortbølga infraraud stråling. Ved hjelp av informasjon frå slike sensorar kan ein gjere betre spektralanalyse og få meir informasjon om tilstanda til jordoverflata, biomasse (landbruksareal, skogområde med meir) eller maritime tilhøve. Sidan ein registrerer mange spektralband i tillegg til romleg oppløysing, blir datamengda frå slike sensorar svært stor. For å få overført data til bakken på ein effektiv måte, må ein anten ha ein nedlink med høg datarate (vanleg for store satellittar som leverer rådata), eller gjere ombordprosessering i satellitten (meir vanleg og nødvendig for små satellittar).

Eit døme på ein slik sensor er MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), som er brukt i dei amerikanske Terra og Aqua-satellittane. Frå NASA-tenesta EOS kan ein få 44 produkt frå MODIS. Desse kan brukast til å studere globale endringar innanfor fagområder som oseanografi, biologi, geologi og atmosfæriske tilhøve. Eit døme er oppblomstring av planteplankton (ref. bilde). Plankton er så små partiklar at dei fører til rayleighspredning av den kortbølga blå delen av synleg lys nede i havet. Dette vil for auga våre sjå ut som ulike nyansar av turkis. I planteplankton føregår det fotosyntese, og satellittane vi difor kunne sjå eit refleksjonsspekter som er påverka av klorofyll.

Radarsatellittar

Den første satellitten med avbildande radarinstrument (SAR) var Seasat som vart skoten opp 27. juni 1978. Satellitten var utvikla for å observere havet, og data frå satellitten vart nytta av oseanografar. Sidan har det kome til mange fleire radarsatellittar for observasjon av både hav og landområde.

Radarsatellittar er særleg godt eigna til å observere geometriske eigenskapar ved eit objekt, kor ru ei overflate er, samt andre fysiske eigenskapar som mellom anna fuktigheit både i og under overflate som blir trefte av signala. Ved å analysere dei dielektrisike karakteristikkane til dei observerte områda kan radarbilete også gje informasjon om vegetasjonstilstand.

Radarsignal er oftast mikrobølger som har så lang bølgelengde at dei går gjennom skydekket. Ein radarsatellitt kan difor observere jordoverflata uavhengig av vêr og tid på døgnet. Til ei viss grad går også signala gjennom is og snø. Signal frå ulike radarband vil trenge gjennom ulike delar av vegetasjonen. SAR kan også godt eigne seg til å detektere menneskeskapte objekt. Sjølv små objekt med regelmessige overflater vil kunne gje eit sterkt ekko.

Eit svært viktig bruksområde er å detektere forureining slik som oljesøl på havet. Ein kan også bruke informasjon frå SAR-satellittar til å overvake ismengda i islagde farvatn slik at ein kan finne gode seglingsruter.

Ein brukar også radar (radarinterferometri) til å registrere små rørsler i jordskorpa. Dette kan vise rørsler på millimeternivå og kan brukast til å varsle ras eller jordskjelv.

Nokre utvalde satellittar og jordobservasjonssystem

Det finst svært mange ulike jordobservasjonssystem og jordobservasjonssatellittar. Dei fleste satellittane er store og har meir enn eitt instrument. Nokre satellittar har som hovudformål å observere vêr og klima, andre driv med kartlegging av land, sjø og resursar, medan andre utfører geodetiske observasjonar. Mange satellittar er del av større konstellasjonar, slik som dei små kamerasatellittane til Planet. Desse leverer ein omtrent kontinuerleg straum av bilete av jorda.

Nokre av dei viktigaste jordobservasjonsprogramma i dag er EU/ESA sitt Copernicus-program, som består av sju Sentinel-satellittar (per januar 2021), i tillegg til at mange andre system bidreg med data til Copernicus. Radarsatellittane til LandSat samt vêrsatellittane MetOp og franske SPOT er døme på slike program. Andre større program er EOS-programmet til NASA med satellittane Aqua, Terra og Aura.

Historisk sett var ENVISAT eit stort bidrag, og fleire kortare jordobservasjonsoppdrag vart utført i det amerikanske romferjeprogrammet. Den internasjonale romstasjonen ISS er også ein plattform for jordobservasjon, utstyrt med mange ulike kamera og instrument.

Ulike satellittbaner gir ulike moglegheiter

Ved å plassere satellittar i ulike baner, kan vi nyttegjere oss svært ulike observasjonseigenskapar, fordi satellittane vil vere på ulik avstand til jorda og gjere observasjonar frå ulike retningar og vinklar.

Jordobservasjonssatellittar går normalt i enten solsynkrone baner (banehøgd mellom 450 og 1000 km), geostasjonære baner (banehøgd 36 000 km) eller meir ellipseforma baner der høgda varierer mellom 19 000 og 119 000 km. Solsynkrone baner er gjerne brukt for satellittar med optiske instrument, då slike baner dekkjer heile jorda frå pol til pol i løpet av eitt døger. Vidare passerer satellittane over same området til omtrent same sideriske tid kvar dag. Dette gjev tilnærma like lystilhøve dag for dag, noko som er viktig for optiske system. Det blir då lettare å samanlikne bileta.

Geostasjonære baner blir nytta av fleire meteorologiske satellittar, for å gje eit overblikk over store delar av jorda.

Les meir i Store norske leksikon

Eksterne lenker

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg